楊述明，吳建軍，程玉強

(國防科技大學 空天科學學院，湖南 長沙 410073)

課堂教學是我國高等教育的基本組織形式和核心環(huán)節(jié)，是實施素質教育的主陣地與主渠道。課堂教學效益的高低，決定著教學質量的優(yōu)劣，直接影響人才培養(yǎng)質量。工程實踐類課程是工科類學生的重要課程，往往具有知識系統(tǒng)性強、操作實踐性強、工程應用性強等特點，使得很多學生在實際學習過程中出現(xiàn)知識點與知識點分裂、知識與實踐分離的二元分裂癥。同時，伴隨著本科人才培養(yǎng)方案的改革與實施，課程學時大幅縮減，如何在有限的學時內完成理論知識講授和技術操作訓練，并使學生在能力和創(chuàng)新上有所提升，仍是目前工程實踐類課程高效課堂需要探討的問題之一。

一、基于場論的高效課堂機理分析

場論認為，自然界中任何事物都存在一種非封閉能量，場是物質體系各要素之間在相互作用中因傳遞、交換能量而產(chǎn)生和形成的一種時空處所。換句話說，事物之間的能量交互是通過場實現(xiàn)的[1]。教學場可以理解為教師和學生在教學活動中因知識、技能、情感等能量的交互而產(chǎn)生的一種特殊三維時空，如圖1所示。教學場是師生之間、生生之間能量信息交互的作用范圍，主要由兩種能量輻射而成，教師能量和學生能量。教師能量可以表現(xiàn)為知識講解、輔助答疑、教學反饋等，學生能量可以表現(xiàn)為知識接收、獨特見解、學習反饋等。教師和學生均處于這個空間中，并基于該場進行相互影響。

圖1 教學場模型

在教學場中，涉及的主體要素包括生命主體教師、學生，以及具體化的課堂結構、組織形式、教學內容、教學手段等；客體要素為時間和空間，行為主體可以根據(jù)需要對時空按照一定尺度進行適當劃分，反過來，時空劃分的長短又約束著主體的行為，其結構模型如圖2所示。

圖2 教學場要素

所謂高效課堂，是指在一定的課堂教學時限下，以最小的教學投入獲得最大的教學產(chǎn)出，具體可表現(xiàn)為學生知識、創(chuàng)新能力增長程度以及師生在教學雙邊活動中的雙向激發(fā)、教學相長的愉悅情感體驗等[2]。結合教學場及其結構化模型，要提高課堂效益，關鍵是要解決三個問題：一是如何合理劃分教學場時空，二是教學場中兩類生命主體如何角色定位，三是教學場中兩類能量如何充分釋放和交互。

二、動態(tài)角色能力三段式模型

(一)范式模型描述

在傳統(tǒng)的課堂教學活動中，教師是主角，是知識的傳授者，而學生則是配角，是知識的被動接受者。這種模式側重教師單方面的知識講授，嚴重忽略了學生的主觀能動性、學習創(chuàng)造性和個體差異性，一直以來飽受詬病[3]。近年來，以翻轉課堂、合作學習等為代表的新型教學模式，倡導以學生為中心，學生是學習和發(fā)展的主體，全程主動參與、主動思考、主動建構，教師是課堂的組織者和引導者[4]。根據(jù)教學場模型可知，教和學是一個在特定時空中相互影響的動態(tài)過程，以教師為主角或以學生為中心的角色定位都是片面的，教師和學生兩類生命主體在課堂教學活動中的角色定位應根據(jù)場的時空變化進行動態(tài)轉換，才能達到最佳教學效果。另一方面，心理學家通過大量調查研究發(fā)現(xiàn)：對于課堂教學時段(40—45分鐘)，學生的課堂專注保持程度隨時間表現(xiàn)為“高效期”“低沉期”和“反彈期”[5]。綜合起來，本文提出動態(tài)角色三段式范式模型如圖3所示。

圖3 動態(tài)角色能力三段式模型

由圖3可知，整個課堂教學過程劃分三個階段，即學習、體驗和創(chuàng)造。在課堂開始階段，以老師為主角，主要進行知識要點的精講，使得學生學習基本知識，即“牽”著走。在第二個階段，以學生為主角，通過任務驅動進行實際操作精練，讓學生模仿體會，即“推”著走。第三個階段，教師及時進行課堂講評，并分層差異化布置作業(yè)，讓學生自主構思、自主設計，進行高級應用，即放手“飛”。

(二)問題情境驅動的理論學習

在課堂開始階段，以教師為主角，圍繞新課知識要點創(chuàng)設誘人的問題情景和懸念，快速集中學生注意力，激發(fā)學生的強烈求知欲望和參與意向，使學生在情緒飽滿、熱情高漲、自覺自愿、積極主動的狀態(tài)中去獲取知識，提高效益。在知識點講解中，基于項目—知識樹等直觀方式來描述知識結構的動態(tài)特征，從而避免知識點和知識點分裂、理論和實踐分裂的問題。

(三)螺旋遞進任務驅動的合作體驗

知識點精講之后，如何快速將知識邏輯轉化為技術邏輯和操作邏輯是工程實踐類課程教學中最迫切的問題。而恰巧在該階段，學生的情緒狀態(tài)處于低沉期，若仍以老師講授為主既達不到知識內化效果，更達不到知識遷移目的。為此，提出以學生為主體，以教師為引導，以遞進任務為驅動的合作體驗模型，如圖4所示。

圖4 合作體驗模型

良好學習氛圍是合作體驗的前提和基礎。摒棄師道尊嚴、師必賢于弟子等傳統(tǒng)觀念，營造平等、民主、和諧的合作學習氛圍，有利于學生學習潛能的釋放，能最大程度調動學生的學習、思考、探索和參與的主動性和積極性。

螺旋遞進任務是合作體驗的主題和主線。綜合考慮課堂時間的有限性和學生個體能力的差異性，設計螺旋遞進任務，保障每個學生在課堂上都有所思、有所求、有所為，滿足每一名學生的表現(xiàn)欲、求知欲和成就欲。所謂螺旋遞進任務，即教師在課前圍繞課堂知識點設計一個完整的練習案例，并以螺旋遞進式分解成子任務，學生可根據(jù)自己的實際情況，選擇從不同的任務狀態(tài)作為練習起點，進行模仿體會。該方法既保證了任務的連續(xù)性、系統(tǒng)性，又給學生留出了不同體驗空間，體現(xiàn)了差異性。

自主合作探究是合作體驗的精髓和要義。在合作學習模型中，學生化被動知識接受為主動知識建構，并對任務過程中的疑難問題進行師生間、生生間的相互協(xié)作，相互啟發(fā)、共同探究，有利于思維的撞擊和智慧火花的迸發(fā)，對問題理解更豐富和全面，促進思維廣度和深度發(fā)展，從而實現(xiàn)知識的拓展和創(chuàng)造。

通過螺旋梯度驅動的合作合作體驗，學生在良好的學習氛圍中積極動腦、動手、動口、動眼，思維高度活躍，參與積極主動；教師參與其中，認真傾聽、適時引導，教學過程雙向激發(fā)、愉悅交互、和諧統(tǒng)一，最終達到教學相長的目的。

(四)工程教育理念驅動的項目設計

在課堂的最后階段，學生注意力處于“反彈期”，教師應及時切換角色，集中講評合作學習的效果，并根據(jù)學生掌握知識的實際情況，設計有梯度、有彈性的項目作業(yè)、灌輸CDIO(構思(Conceive)、設計(Design)、實施(Implement)、運行(Operate))工程教育理念[6]，引導學生自主進行項目論證、設計和應用，充分發(fā)揮學生的想象能力和創(chuàng)造空間。

三、效果分析

“計算機輔助設計”是我校首屆無軍籍飛行器動力專業(yè)開始的專業(yè)課程，共計32學時，具有很強的專業(yè)性和實踐性，教和學兩方面都沒有經(jīng)驗可循。在開課之前通過了解，同學們在計算機輔助設計方面的知識與實踐幾乎為零。筆者采用動態(tài)角色能力三段式課堂模型進行教學，在有限的時間內高質量完成了實體建模、曲面建模、鈑金設計、裝配體設計、以及有限元分析、流體分析、數(shù)控加工分析等內容的知識學習和實踐體驗。在期末綜合考核中，采取學生自主創(chuàng)作作品的方式，讓學生匯報自己的創(chuàng)作思路、過程和心得。全體學生參與積極性非常高、思維非?；钴S，涌現(xiàn)出了很多新穎的，獨特的作品。很多同學都很感慨，能在這么短時間從毫無輔助設計概念到現(xiàn)在自己的作品，簡直不可思議。通過三位專業(yè)老師和兩位學長的評判，全部作品在良好以上，其中14人獲得優(yōu)秀，占比46.7%。

此外，采用問卷形式對課堂教學模式進行調查，主要集中在知識接受度、實踐體驗度、能力提升度、課堂認可度四個方面，統(tǒng)計結果如圖5所示。

圖5 問卷調查結果

從分析結果看，在實踐操作體驗度和個人能力提升度兩項指標方面為100%，這與課堂中間段以學生為主體，以任務為驅動的環(huán)節(jié)密切相關。通過課堂實際巡查情況看，由于剛學會了新知識，每個同學都想立即體驗，躍躍欲試，參與熱情很高。從后續(xù)考核看，每個同學基本實現(xiàn)了從零基礎到個性作品的展示，能力均得到了提升。在知識接受度和課堂認可度方面指標在90%以上，通過訪談了解到，少數(shù)同學空間想象能力欠缺，導致知識接受效果不佳，同時一些同學希望在課堂中增加競賽性質環(huán)節(jié)，想有更大提升，在后續(xù)環(huán)節(jié)中綜合考慮加以改進。

四、結語

工程實踐類課程普遍面臨課堂學時少、教與學分裂、學與做分化，學生的主動性和參與性不足等問題。以“計算機輔助設計”為例，詳細闡述了動態(tài)角色三段式課堂教學模式。所提模式強調初期以教師為主體的精講、中期以學生為主體的精練、后期師生合作的創(chuàng)造，在尊重學生課堂保持度客觀變化規(guī)律基礎上，最大限度調動學生學習興趣、參與興趣和創(chuàng)作興趣，有效實現(xiàn)了知識技能的吸收、內化和遷移。